基于参数不确定性安全评估技术的稳健优化设计方法研究

发布时间：2018-01-24 04:42

本文关键词： 信息公理模糊集合理论贝叶斯网络共振失效动态系统可靠性稳健设计　出处：《北京邮电大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：舒适度是衡量现代高速曳引电梯质量的重要指标之一,除安装因素外,设计方案与方法的选择是电梯先天性“优”或“劣”的决定因素。因此,研究一套科学合理的产品设计理论与方法对于完善产品的实用性和提高市场竞争力具有十分重要的意义。首先,针对现有公理设计评价方法在获取信息量及信息公理应用范围等方面的局限性,提出了一种基于信息公理的设计方案模糊评价方法。基于公理设计中不同域间的“之字形”映射过程,建立设计目标域与评价指标域间的“之字形”映射模型,同时确定产品设计方案的评价指标体系；根据不同的评价指标属性与设计范围的关系,将评价指标划分为不同类型,并采用正态模糊分布曲线描述各自隶属度,提出了相应的指标信息量计算方法,计算各可行备选设计方案的信息量,比较总信息含量来确定最佳方案；利用该评价模型进行高速电梯提升系统设计方案的优选,通过计算结果比较,轿顶驱动式单轿厢电梯的总信息量最小为最优方案,该方法有效避免了人为主观臆断对评价结果的影响。其次,针对优选出的产品设计方案,考虑到系统及部件故障信息的模糊性和故障状态的多态性,建立了基于模糊贝叶斯网络的多态系统可靠性分析方法。将模糊集合理论引入到贝叶斯网络分析当中,采用模糊数和模糊子集分别描述节点的故障状态与故障率,运用模糊条件概率表描述节点间的不确定性故障逻辑关系,建立了模糊贝叶斯网络模型；同时利用所建立的模糊贝叶斯网络模型对多状态系统进行定量分析,查找出影响系统可靠性的关键部件。将该方法应用到优选出的高速电梯提升系统中,分析出系统中各关键部件的重要度及可靠度,计算结果表明在部件故障状态已知条件下绳头弹簧失效对电梯超量振动事故的重要度最大,重要度分析结果为后续进行故障诊断提供了理论基础。第三,以实现高速电梯提升系统共振可靠性参数灵敏度分析为目标,分别以整个提升系统和轿厢系统为研究对象,采用拉格朗日方程分别建立提升系统垂直振动动力学方程和轿厢系统水平振动动力学方程,分析自由振动下提升系统及轿厢系统的固有频率；根据机械系统振动稳定性准则,考虑系统的自身参数和激振载荷的不确定性及激振频率的变化,构建系统共振失效极限状态函数。基于摄动理论及灵敏度理论研究激振频率变化过程中提升系统及轿厢系统的共振可靠性参数灵敏度,找出影响系统共振可靠性敏感性比较大的结构参数。计算结果表明对提升系统共振可靠度影响较大的随机变量依次为轿顶轮转动惯量、对重轮质量、轿顶轮质量和对重轮转动惯量,分析结果为高速电梯提升系统的设计参数稳健设计、制造和维修提供参考。第四,以实现提升系统多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标,考虑外部环境、几何尺寸误差及其作用载荷的不确定性,区分振动问题中所包含的设计变量和预先设定,基于可靠性设计的随机摄动法建立可靠度约束条件,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型；基于独立公理,使用灵敏度分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度,将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组,把多目标优化问题单目标化,避免多个设计目标之间的反复权衡；结合增广乘子法应用Matlab语言的优化和符号工具箱来实现高速曳引电梯提升系统垂直振动的可靠性稳健设计。通过TBJ1600/5.0型电梯算例验证,单激励下轿厢谐响应由93.9549mm/s2降低至44.2048mm/s2,改善了高速电梯动态舒适性,有效地解决了电梯系统垂直振动的动力学参数稳健设计问题。最后,在理论分析的基础上,借助山东奔速电梯有限公司实验塔,构建提升系统动态性能测试实验台,根据实际电梯轿厢垂直振动的特点,研究曳引机底座橡胶刚度、轿厢—轿架之间的橡胶、绳头弹簧刚度、对重轮橡胶刚度、轿顶轮橡胶刚度的改变对提升系统固有频率和轿厢动态响应的影响。通过实验测试平台测得稳健设计后轿厢的A95值降低了9.4mg、最大峰—峰值降低了8.2 mg、可靠度由原来的0.9463提高到0.9998,轿厢系统的可靠性和稳健性都得到了提高。实验结果对理论模型的可行性和可靠性进行验证。
[Abstract]:This paper presents a fuzzy evaluation method based on fuzzy Bayesian network . Based on the theory analysis , the reliability and reliability of the vertical vibration of the elevator system are solved by using the sensitivity analysis technique to determine the influence degree of the design variables on the design targets .

【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU857

【参考文献】